[오늘의 인물] 5월 11일 리처드 파인만-양자전기역학을 완성한 현대물리학의 큰 별

김대환 편집위원

20세기 물리학에서 두 거성(巨星)을 꼽으라면 단연 알베르트 아인슈타인과 리처드 파인만(1918.5.11~1988.2.15)일 것이다. 아인슈타인이 물리학의 거시적 세계를 연구했다면 파인만은 미시적 세계를 다뤘다.

잘 알다시피 원자는 전자와 원자핵으로 나뉜다. 원자핵 안에는 양성자와 중성자가 강한 핵력으로 묶여 있다. 양성자와 양성자는 서로 밀어내기 때문에 그 사이에 중성자가 위치해 묶여 있는 것이다. 이걸 처음 발견한 사람이 파인만이다. ‘약한 핵력’도 파인만이 발견한 것이다. 원자핵이 방사성 붕괴를 할 때 알아낸 힘이다. 물리학의 기본적인 네 가지 상호작용(중력·전자기력·강한 핵력·약한 핵력) 가운데 하나다.

하지만 파인만의 가장 큰 업적은 뭐니 뭐니 해도 양자전기역학에서 이룬 성과일 것이다. 1965년 그는 양자전기역학 이론을 완성한 공로로 노벨물리학상을 받았다.

양자전기역학을 양자역학과 혼동하는 사람들이 의외로 많다. 하지만 전혀 다른 분야이다. 양자역학은 뉴턴 역학이 설명할 수 없는 원자 이하의 양자화된 세계를 다루기 위해 생겼다. 양자역학의 탄생으로 그때까지 설명할 수 없었던 화학적 현상과 물질의 성질이 대부분 풀린다. 예를 들면 산소원자 하나와 수소원자 두 개가 결합했을 때 왜 물이 되는지 말해준다. 하지만 풀리지 않는 숙제가 있었다. 빛과 물질 사이의 상호작용에 관한 문제였다.

양자전기역학이 생겨난 것이 이즘이다. 시공간 상에서 입자(전자 양성자 등)들과 광자의 상호작용을 역학적으로 계산해 양자역학을 보완한다. 파인만은 이 역학적 계산을 쉽게 할 수 있는 방법을 만들어 빛의 현상 대부분을 규명했다. 인류는 비로소 중력 등을 제외하고 모든 물리적 현상을 설명할 수 있게 된다.